JP3445453B2 - Molten carbonate fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料
電池および溶融炭酸塩型燃料電池電解質板用保持材の製
造方法に関し、特に導電性を有する一対の電極間に挟ま
れて配置される電解質板を改良した溶融炭酸塩型燃料電
池および前記電解質板に用いられる保持材の製造方法に
係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell and a method for producing a molten carbonate fuel cell electrolyte plate holding material, and in particular, it is sandwiched between a pair of conductive electrodes. The present invention relates to a molten carbonate fuel cell having an improved electrolyte plate and a method for producing a holding material used for the electrolyte plate.
【0002】[0002]
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を図1
に示す。アルカリ炭酸塩からなる電解質を保持した電解
質板3は、導電性を示す一対の電極であるアノード1お
よびカソード2間に挟持されている。この電解質板3を
高温下で溶融させた状態で、アノード1にハウジング4
aの供給口6を通じて燃料ガス(H2 、CO2 )を、カ
ソード2にハウジング4bの供給口8を通じて酸化剤ガ
ス(空気、CO2 )をそれぞれ供給する。このような燃
料ガスおよび酸化剤ガスの供給において、前記アノード
1では下記(1)式の反応が起り、前記カソード2では
下記(2)式の反応が起って燃料電池の運転がなされ
る。2. Description of the Related Art The basic structure of a molten carbonate fuel cell is shown in FIG.
Shown in. An electrolyte plate 3 holding an electrolyte made of an alkali carbonate is sandwiched between an anode 1 and a cathode 2 which are a pair of electrodes having conductivity. With the electrolyte plate 3 melted at a high temperature, the housing 4 is attached to the anode 1.
Fuel gas (H 2 , CO 2 ) is supplied to the cathode 2 through the supply port 6 and oxidant gas (air, CO 2 ) is supplied to the cathode 2 through the supply port 8 of the housing 4b. When the fuel gas and the oxidant gas are supplied as described above, the reaction of the following formula (1) occurs at the anode 1 and the reaction of the following formula (2) occurs at the cathode 2 to operate the fuel cell.
【0003】
H2 +CO3 2- →H2 O+CO2 +2e- (1)
1/2O2 +CO2 +2e- →CO3 2- (2)
前記溶融炭酸塩型燃料電池に使用される電解質板は、基
本的には混合アルカリ炭酸塩からなる電解質と、高温運
転時に液体となる前記電解質の流出を防止するための保
持材および昇温時の割れ発生を防止するための補強材か
らなる多孔質体とにより構成されている。前記混合アル
カリ炭酸塩は、Li2 CO3 、K2 CO3 およびNa2
CO3 の3種のうちの2種または3種の混合塩の形で使
用される。前記保持材としては、粒径が0.05〜2.
0μmのγ−リチウムアルミネートからなる微粉末が使
用される。前記補強材としては、粒径10〜100μm
のリチウムアルミネートが使用される。H 2 + CO 3 2- → H 2 O + CO 2 + 2e − (1) 1 / 2O 2 + CO 2 + 2e − → CO 3 2− (2) The electrolyte plate used for the molten carbonate fuel cell is Basically, an electrolyte composed of mixed alkali carbonates, and a porous material composed of a holding material for preventing the outflow of the electrolyte that becomes a liquid during high-temperature operation and a reinforcing material for preventing the occurrence of cracks during temperature rise. It is composed by. The mixed alkali carbonate includes Li 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Na 2
It is used in the form of a mixed salt of two or three of the three CO 3 . The holding material has a particle size of 0.05 to 2.
A fine powder of 0 μm γ-lithium aluminate is used. The reinforcing material has a particle size of 10 to 100 μm.
Lithium aluminate is used.
【0004】前記電解質板は、炭酸イオン(CO3 2-)
の移動の媒体として機能するのみならず、前記アノード
及びカソード間の反応ガスの直接混合(ガスクロスオー
バー)を阻止するためのガス透過障壁層としても機能す
る。こうした機能を果たすには、電解質板中に電解質が
十分に保持されていることが必要である。電解質の流出
(電解質ロス)は、内部抵抗の増大を招くばかりか、ガ
スクロスオーバーの発生原因となる。The electrolyte plate is made of carbonate ions (CO 3 2- ).
Not only as a transfer medium, but also as a gas permeation barrier layer for preventing direct reaction gas mixture (gas crossover) between the anode and the cathode. In order to perform such a function, it is necessary that the electrolyte is sufficiently retained in the electrolyte plate. The outflow of electrolyte (electrolyte loss) not only causes an increase in internal resistance, but also causes gas crossover.
【0005】このような機能を有する電解質板は、従来
より前記保持材及び補強材から適切な微細構造を持つ多
孔質体を形成した後、この多孔質体に混合アルカリ炭酸
塩からなる電解質を含浸させるマトリクス法により製造
されている。The electrolyte plate having such a function has heretofore been formed by forming a porous body having an appropriate fine structure from the holding material and the reinforcing material, and then impregnating the porous body with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate. It is manufactured by the matrix method.
【0006】しかしながら、長時間の燃料電池の運転に
おいて前記保持材であるγ−リチウムアルミネートはα
−リチウムアルミネートに相変化し、それに伴う保持材
粒子の凝集や粒成長により多孔質体(マトリクス)の微
細構造が変化する。その結果、電解質板に粗い孔が生
じ、それに伴って電解質ロスが起るため、寿命が短くな
るという不都合があった。However, when the fuel cell is operated for a long time, the holding material γ-lithium aluminate is α
-Phase change to lithium aluminate, and the microstructure of the porous body (matrix) changes due to the agglomeration and particle growth of the holding material particles accompanying it. As a result, rough holes are formed in the electrolyte plate, which causes electrolyte loss, resulting in a short life.
【0007】このようなことから、特開昭63−294
668号公報には保持材として平均粒径0.1μmのα
−リチウムアルミネートを主成分とするリチウムアルミ
ネートを用いる方法が開示される。しかしながら、α−
リチウムアルミネートを主成分とする保持材を使用した
電解質板であっても、マトリクスの構造変化の原因とな
る保持材粒子の凝集や粒成長は依然として生じる。From the above, Japanese Patent Laid-Open No. 63-294
Japanese Patent No. 668 discloses a holding material having an average particle diameter of α of 0.1 μm.
-A method of using lithium aluminate based on lithium aluminate is disclosed. However, α-
Even with an electrolyte plate using a holding material containing lithium aluminate as a main component, the holding material particles still aggregate and grow, which causes the structural change of the matrix.
【0008】上述した従来の溶融炭酸塩型燃料電池にお
いては、電解質板における多孔質体中の保持材粒子の凝
集や粒成長により多孔質体の微細構造が変化して、電解
質ロスが生じ、十分な寿命特性が得られないという問題
があった。In the above-mentioned conventional molten carbonate fuel cell, the fine structure of the porous body changes due to the agglomeration and grain growth of the retaining material particles in the porous body of the electrolyte plate, resulting in electrolyte loss. There was a problem that excellent life characteristics could not be obtained.
【0009】一方、特開平2−243511号公報には
比表面積20m2 /gのγ−リチウムアルミネートを溶
融中で反応させ、低比表面積のα−リチウムアルミネー
トを得る方法が開示されている。しかしながら、この方
法では高純度、高結晶性のα−リチウムアルミネートを
得るためには5000時間以上の反応を行う必要がある
ため、コストが高騰化し、現実的な方法ではない。On the other hand, JP-A-2-243511 discloses a method of obtaining a low specific surface area α-lithium aluminate by reacting γ-lithium aluminate having a specific surface area of 20 m 2 / g in a molten state. . However, this method requires a reaction for 5000 hours or more in order to obtain highly pure and highly crystalline α-lithium aluminate, resulting in an increase in cost and is not a practical method.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電解質板か
らの電解質の流出を低減して、電解質の流出に伴う内部
抵抗の増大、ガスクロスオーバーの発生を抑制し得る長
寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供しようとするもので
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention reduces the outflow of electrolyte from an electrolyte plate, increases the internal resistance associated with the outflow of the electrolyte, and suppresses the occurrence of gas crossover. Type fuel cell.
【0011】また、本発明は電解質板の長時間の使用に
あっても粒成長の生じにくい溶融炭酸塩型燃料電解質板
用保持材を低コストで製造する方法を提供しようとする
ものである。Another object of the present invention is to provide a method for producing a holding material for a molten carbonate type fuel electrolyte plate, which is less likely to cause grain growth even when the electrolyte plate is used for a long time, at a low cost.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明に係わる溶融炭酸
塩型燃料電池は、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極お
よび酸化剤極との間に挟持され、保持材および補強材を
含む多孔質体にアルカリ炭酸塩を含む電解質を含浸させ
た電解質板とを具備し、前記保持材は、比表面積20m
2 /g以上のα−リチウムアルミネートを主体とするリ
チウムアルミネートを溶融炭酸塩中で粒成長させ、炭酸
塩を除去することにより得られたα−リチウムアルミネ
ートを90重量%以上含有し、かつ粉末X線回折におけ
るα−LiAlO 2 の(104)ピークの半値幅が0.
60°以下のリチウムアルミネートからなり、かつ前記
補強材は、リチウムアルミネート、アルミナおよび安定
化ジルコニアから選ばれる少なくとも1種からなること
を特徴とするものである。A molten carbonate fuel cell according to the present invention is sandwiched between a fuel electrode, an oxidizer electrode, the fuel electrode and the oxidizer electrode, and has a holding material and a reinforcing material. An electrolyte plate in which a porous body containing the electrolyte is impregnated with an electrolyte containing an alkali carbonate, and the holding material has a specific surface area of 20 m.
2 / g or more α-lithium aluminate
Grain growth of thium aluminate in molten carbonate
Α-Lithium aluminum obtained by removing salts
Content of 90% by weight or more and in powder X-ray diffraction
The half-value width of the (104) peak of α-LiAlO 2 is 0.
It is characterized in that it is made of lithium aluminate at 60 ° or less, and the reinforcing material is made of at least one selected from lithium aluminate, alumina and stabilized zirconia.
【0013】このような本発明に係わる溶融炭酸塩型燃
料電池は、α−リチウムアルミネートを主体とし、かつ
粉末X線回折におけるα−LiAlO2 の(104)ピ
ークの半値幅が0.60°以下の保持材とリチウムアル
ミネート、アルミナおよび安定化ジルコニアから選ばれ
る少なくとも1種からなる補強材を含む多孔質体にアル
カリ炭酸塩を含む電解液を含浸させた電解質板を備えた
構成を有する。かかる溶融炭酸塩型燃料電池は、例えば
600℃〜700℃、CO2 10%〜30%の雰囲気の
運転において、溶融炭酸塩中の保持材はα−リチウムア
ルミネートを主体とし、かつ粉末X線回折におけるα−
LiAlO2 の(104)ピークの半値幅が特定の値を
有するため、長期間に亘って溶融炭酸塩中で相変態を起
こさず安定して存在させることができる。その結果、前
記電解質板中の保持材粒子の凝集、粒成長を抑えること
ができるため、多孔質板(マトリックス)の微細構造が
変化するのを防止できる。また、前記特定の材料からな
る補強材は保持材であるα−リチウムアルミネートとの
集合・凝集を生じ難く、運転中の電解質板の微細構造の
安定性を高めることができる。Such a molten carbonate fuel cell according to the present invention is mainly composed of α-lithium aluminate and has a half width of the (104) peak of α-LiAlO 2 of 0.60 ° in powder X-ray diffraction. A porous body containing a reinforcing material made of at least one selected from the following holding materials and lithium aluminate, alumina, and stabilized zirconia is provided with an electrolyte plate in which an electrolyte solution containing an alkali carbonate is impregnated. In such a molten carbonate fuel cell, for example, in the operation of 600 ° C. to 700 ° C. and an atmosphere of CO 2 10% to 30%, the holding material in the molten carbonate mainly contains α-lithium aluminate, and the powder X-ray is used. Α- in diffraction
Since the full width at half maximum of the (104) peak of LiAlO 2 has a specific value, it can be stably present in the molten carbonate for a long period of time without causing phase transformation. As a result, the agglomeration and particle growth of the holding material particles in the electrolyte plate can be suppressed, so that the microstructure of the porous plate (matrix) can be prevented from changing. Further, the reinforcing material made of the above-mentioned specific material hardly causes aggregation / aggregation with α-lithium aluminate, which is a holding material, and can improve the stability of the fine structure of the electrolyte plate during operation.
【0014】したがって、前記電解質板からの電解質の
流出を低減して、電解質の流出に伴う内部抵抗の増大、
ガスクロスオーバーの発生を抑制できるため、長寿命の
溶融炭酸塩型燃料電池を得ることができる。Therefore, the outflow of the electrolyte from the electrolyte plate is reduced to increase the internal resistance due to the outflow of the electrolyte.
Since generation of gas crossover can be suppressed, a long-life molten carbonate fuel cell can be obtained.
【0015】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、前記保持材はα−リチウムアルミネートを90重
量%以上含有されることが好ましい。本発明に係わる溶
融炭酸塩型燃料電池において、前記保持材は平均粒径
0.05〜2.0μmの粉末状であることが好ましい。In the molten carbonate fuel cell according to the present invention, the holding material preferably contains 90% by weight or more of α-lithium aluminate. In the molten carbonate fuel cell according to the present invention, the holding material is preferably a powder having an average particle diameter of 0.05 to 2.0 μm.
【0016】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、前記保持材は粉末X線回折におけるα−LiAl
O2 の(104)ピークの半値幅が0.45°以下であ
ることが好ましい。In the molten carbonate fuel cell according to the present invention, the holding material is α-LiAl in powder X-ray diffraction.
The full width at half maximum of the (104) peak of O 2 is preferably 0.45 ° or less.
【0017】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、前記補強材はα−リチウムアルミネートの粒子か
らなることが好ましい。本発明に係わる別の溶融炭酸塩
型燃料電池は、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極およ
び酸化剤極との間に挟持され、保持材および補強材を含
む多孔質体にアルカリ炭酸塩を含む電解質を含浸させた
電解質板とを具備し、前記保持材は、比表面積20m 2
/g以上のα−リチウムアルミネートを主体とするリチ
ウムアルミネートを溶融炭酸塩中で粒成長させ、炭酸塩
を除去することにより得られたα−リチウムアルミネー
トを90重量%以上含有し、かつ粉末X線回折における
α−LiAlO 2 の(104)ピークの半値幅が0.6
0°以下のリチウムアルミネートからなり、かつ前記補
強材は、リチウムアルミネート、アルミナ、安定化ジル
コニアおよびリチウムジルコネートから選ばれる少なく
とも1種の繊維からなることを特徴とするものである。In the molten carbonate fuel cell according to the present invention, it is preferable that the reinforcing material is particles of α-lithium aluminate. Another molten carbonate fuel cell according to the present invention is an alkaline carbonate which is sandwiched between a fuel electrode, an oxidizer electrode, and the fuel electrode and the oxidizer electrode, and which has a porous material including a holding material and a reinforcing material. And an electrolyte plate impregnated with an electrolyte containing salt, wherein the holding material has a specific surface area of 20 m 2.
/ G or more α-lithium aluminate-based lithium
Grain growth of umluminate in molten carbonate
Α-lithium aluminum obtained by removing
Content of 90% by weight or more and in powder X-ray diffraction
The half width of the (104) peak of α-LiAlO 2 is 0.6.
The reinforcing material is composed of lithium aluminate having a temperature of 0 ° or less, and the reinforcing material is composed of at least one fiber selected from lithium aluminate, alumina, stabilized zirconia, and lithium zirconate.
【0018】このような本発明に係わる別の溶融炭酸塩
型燃料電池は、α−リチウムアルミネートを主体とし、
かつ粉末X線回折におけるα−LiAlO2 の(10
4)ピークの半値幅が0.60°以下の保持材とリチウ
ムアルミネート、アルミナ、ジルコニアおよびリチウム
ジルコネートから選ばれる少なくとも1種の繊維からな
る補強材を含む多孔質体にアルカリ炭酸塩を含む電解液
を含浸させた電解質板を備えた構成を有する。かかる溶
融炭酸塩型燃料電池は、例えば600℃〜700℃、C
O2 10%〜30%の雰囲気の運転において、溶融炭酸
塩中の保持材はα−リチウムアルミネートを主体とし、
かつ粉末X線回折におけるα−LiAlO2 の(10
4)ピークの半値幅が特定の値を有するため、長期間に
亘って溶融炭酸塩中で相変態を起こさず安定して存在さ
せることができる。その結果、前記電解質板中の保持材
粒子の凝集、粒成長を抑えることができるため、多孔質
板(マトリックス)の微細構造が変化するのを防止でき
る。また、前記特定の材料の繊維からなる補強材は保持
材であるα−リチウムアルミネートとの集合・凝集を生
じ難く、運転中の電解質板の微細構造の安定性を高める
ことができる。Such another molten carbonate fuel cell according to the present invention is mainly composed of α-lithium aluminate,
And (10 of α-LiAlO 2 in powder X-ray diffraction
4) Alkali carbonate is contained in a porous body containing a holding material having a peak half width of 0.60 ° or less and a reinforcing material composed of at least one fiber selected from lithium aluminate, alumina, zirconia and lithium zirconate. It has a structure including an electrolyte plate impregnated with an electrolytic solution. Such a molten carbonate fuel cell has, for example, 600 ° C. to 700 ° C., C
In the operation in the atmosphere of O 2 10% to 30%, the holding material in the molten carbonate is mainly α-lithium aluminate,
And (10 of α-LiAlO 2 in powder X-ray diffraction
4) Since the full width at half maximum of the peak has a specific value, it can be stably present in the molten carbonate for a long period of time without causing phase transformation. As a result, the agglomeration and particle growth of the holding material particles in the electrolyte plate can be suppressed, so that the microstructure of the porous plate (matrix) can be prevented from changing. Further, the reinforcing material made of fibers of the above-mentioned specific material is unlikely to aggregate / aggregate with α-lithium aluminate, which is a holding material, and can enhance the stability of the fine structure of the electrolyte plate during operation.
【0019】したがって、前記電解質板からの電解質の
流出を低減して、電解質の流出に伴う内部抵抗の増大、
ガスクロスオーバーの発生を抑制できるため、長寿命の
溶融炭酸塩型燃料電池を得ることができる。Therefore, the outflow of the electrolyte from the electrolyte plate is reduced to increase the internal resistance due to the outflow of the electrolyte,
Since generation of gas crossover can be suppressed, a long-life molten carbonate fuel cell can be obtained.
【0020】本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃料電池
において、前記補強材は0.5〜5μmの平均径、50
μm以下の平均長さを有する短繊維であることが好まし
い。本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、前記短繊維状の補強材はβ−リチウムアルミネート
およびγ−リチウムアルミネートから選ばれる少なくと
も1種からなることが好ましい。In another molten carbonate fuel cell according to the present invention, the reinforcing material has an average diameter of 0.5 to 5 μm and 50
Short fibers having an average length of not more than μm are preferred. In another molten carbonate fuel cell according to the present invention, it is preferable that the short fibrous reinforcing material comprises at least one selected from β-lithium aluminate and γ-lithium aluminate.
【0021】本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃料電池
において、前記補強材は1〜15μmの平均径、0.1
〜3mmの平均長さを有する長繊維であることが好まし
い。本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、前記長繊維状の補強材はアルミナ、リチウムアルミ
ネートおよびジルコニアから選ばれる少なくとも1種か
らなることが好ましい。In another molten carbonate fuel cell according to the present invention, the reinforcing material has an average diameter of 1 to 15 μm and 0.1.
It is preferably a long fiber having an average length of ˜3 mm. In another molten carbonate fuel cell according to the present invention, it is preferable that the long fibrous reinforcing material comprises at least one selected from alumina, lithium aluminate and zirconia.
【0022】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池電解
質板用保持材の製造方法は、比表面積100m2 /g以
上の水酸化アルミニウム粉末と炭酸リチウムを含む炭酸
塩の混合物を熱処理してリチウムアルミネートを生成す
る工程と、生成したリチウムアルミネートを700〜8
00℃の溶融炭酸塩中で粒成長させた後炭酸塩を除去す
る工程とを具備することを特徴とするものである。The method for producing a holding material for a molten carbonate type fuel cell electrolyte plate according to the present invention is carried out by heat treating a mixture of aluminum hydroxide powder having a specific surface area of 100 m 2 / g or more and a carbonate containing lithium carbonate to obtain lithium aluminum. The step of producing a nate and the produced lithium aluminate at 700 to 8
And a step of removing the carbonate after the grains are grown in the molten carbonate at 00 ° C.
【0023】このような高比表面積の水酸化アルミニウ
ムを出発原料として、α−リチウムアルミネートを主体
とするリチウムアルミネートを生成せしめ、これを溶融
炭酸塩中で粒成長させることによって、結晶性および純
度が高く、単粒子化されたα−リチウムアルミネートを
含む保持材を短時間で得ることができる。得られた保持
材と前述した補強材とから多孔質体を形成し、この多孔
質体にアルカリ炭酸塩を含む電解質を含浸させた電解質
板を作製し、これを溶融炭酸塩型燃料電池に組み込むこ
とによって、前記電解質板中の保持材粒子の凝集、粒成
長を抑えることができるため、電解質ロスを低減でき
る。By using aluminum hydroxide having such a high specific surface area as a starting material, lithium aluminate mainly consisting of α-lithium aluminate is produced, and grains are grown in a molten carbonate to obtain crystallinity and It is possible to obtain a holding material having a high degree of purity and containing single particle α-lithium aluminate in a short time. A porous body is formed from the obtained holding material and the above-mentioned reinforcing material, and an electrolyte plate is prepared by impregnating the porous body with an electrolyte containing an alkali carbonate, and incorporating this into a molten carbonate fuel cell. As a result, the aggregation and particle growth of the holding material particles in the electrolyte plate can be suppressed, and the electrolyte loss can be reduced.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる溶融炭酸塩
型燃料電池の一例を図2および図3を参照して詳細に説
明する。本発明の溶融炭酸塩型燃料電池は、アノード
(燃料極)11、カソード(空気極)12及びこれらア
ノード11、カソード12間に配置され、電解質を保持
した電解質板13を備えている。これらアノード11、
カソード12及び電解質板13を単位セルとし、複数の
単位セルがセパレータ14を挟んで積層されている。前
記電解質板13上面に配置された前記アノード11の対
向する一対の縁部は、前記電解質板の縁部から所望距離
隔てて内側に位置し、かつ前記アノード11が存在しな
い前記電解質板13の両縁部と前記セパレータ14の間
にはエッジシール板15aが配置されている。前記電解
質板13下面に配置された前記カソード12の前記エッ
ジシール板15aと直交する一対の縁部は、前記電解質
板13の縁部から所望距離隔てて内側に位置し、かつ前
記カソード12が存在しない前記電解質板13の両縁部
と前記セパレータ14の間には、エッジシール板15b
が配置されている。前記アノード11、セパレータ14
及びエッジシール板15aで区画された空間(燃料ガス
流通空間)には、集電板としての導電性を有する孔あき
板16a、波板17aが前記アノード11側から順次積
層されている。前記カソード12、セパレータ14及び
エッジシール板15bで区画された空間(酸化剤ガス流
通空間)には、集電板としての導電性を有する孔あき板
16b、波板17bが前記カソード側から順次積層され
ている。このような複数の単位セルがセパレータ14を
挟んで積層されたスタック発電要素の4つの側面には、
枠状のフランジ18を有するマニホールド19がそれぞ
れ配置されている。また、前記スタック発電要素の4つ
の側面と前記マニホールド19のフランジ18の間には
それぞれ枠状のマニホールドシール板20が介在されて
いる。前記燃料ガス流通空間が表出する前記発電要素の
側面に対応するマニホールド(図示せず)には、燃料ガ
ス21を供給するための供給管22が取り付けられてい
る。この供給管22と反対側のマニホールド19には、
ガス排出管23が取り付けられている。また、前記酸化
剤ガス流通区間が表出する前記発電要素の側面に対応す
るマニホールド(図示せず)には、酸化剤ガス24を供
給するための供給管25が取り付けられている。この供
給管25と反対側のマニホールド19には、ガス排出管
26が取り付けられている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of a molten carbonate fuel cell according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 2 and 3. The molten carbonate fuel cell of the present invention includes an anode (fuel electrode) 11, a cathode (air electrode) 12, and an electrolyte plate 13 which is arranged between the anode 11 and the cathode 12 and holds an electrolyte. These anodes 11,
The cathode 12 and the electrolyte plate 13 are used as a unit cell, and a plurality of unit cells are laminated with the separator 14 interposed therebetween. A pair of opposite edges of the anode 11 arranged on the upper surface of the electrolyte plate 13 are located inside at a desired distance from the edges of the electrolyte plate, and both sides of the electrolyte plate 13 where the anode 11 does not exist. An edge seal plate 15 a is arranged between the edge portion and the separator 14. A pair of edge portions of the cathode 12 disposed on the lower surface of the electrolyte plate 13 orthogonal to the edge seal plate 15a are located inside at a desired distance from the edge portion of the electrolyte plate 13, and the cathode 12 is present. The edge seal plate 15b is provided between both edges of the electrolyte plate 13 and the separator 14.
Are arranged. The anode 11 and the separator 14
In the space defined by the edge seal plate 15a (fuel gas distribution space), a perforated plate 16a having conductivity and a corrugated plate 17a as a current collector plate are sequentially stacked from the anode 11 side. In the space defined by the cathode 12, the separator 14 and the edge seal plate 15b (oxidant gas flow space), a perforated plate 16b having conductivity as a current collector plate and a corrugated plate 17b are sequentially laminated from the cathode side. Has been done. On the four side surfaces of the stack power generation element in which a plurality of such unit cells are stacked with the separator 14 sandwiched therebetween,
Manifolds 19 each having a frame-shaped flange 18 are arranged. Further, frame-shaped manifold seal plates 20 are respectively interposed between the four side surfaces of the stack power generation element and the flange 18 of the manifold 19. A supply pipe 22 for supplying the fuel gas 21 is attached to a manifold (not shown) corresponding to the side surface of the power generation element in which the fuel gas distribution space is exposed. In the manifold 19 on the side opposite to the supply pipe 22,
A gas exhaust pipe 23 is attached. A supply pipe 25 for supplying the oxidant gas 24 is attached to a manifold (not shown) corresponding to the side surface of the power generation element where the oxidant gas flow section is exposed. A gas exhaust pipe 26 is attached to the manifold 19 on the opposite side of the supply pipe 25.
【0025】前記アノード11、前記カソード12は、
たとえばニッケルまたはニッケルベースアロイの多孔質
焼結体から形成される。前記セパレータ14、前記エッ
ジシール15a,15b、前記孔あき板16a,16b
及び前記波板17a,17bは、たとえばステンレス鋼
から形成される。The anode 11 and the cathode 12 are
For example, it is formed from a porous sintered body of nickel or a nickel-based alloy. The separator 14, the edge seals 15a and 15b, the perforated plates 16a and 16b.
The corrugated plates 17a and 17b are made of, for example, stainless steel.
【0026】前記燃料ガス21としては、たとえば水素
(H2 )と二酸化炭素(CO2 )との混合ガス等を使用
できる。前記電解質板13は、保持材(a)及び補強材
(b)からなる気孔質率40〜65%の多孔質体にアル
カリ炭酸塩を含む電解質(c)を溶融状態で含浸した構
成になっている。前記保持材(a)、補強材(b)およ
びアルカリ炭酸塩(c)を以下に詳述する。As the fuel gas 21, for example, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) can be used. The electrolyte plate 13 has a structure in which a porous body having a porosity of 40 to 65% including a holding material (a) and a reinforcing material (b) is impregnated with an electrolyte (c) containing an alkali carbonate in a molten state. There is. The holding material (a), the reinforcing material (b) and the alkali carbonate (c) will be described in detail below.
【0027】保持材(a)
この保持材は、α−リチウムアルミネートを主体とし、
かつ粉末X線回折におけるα−LiAlO2 の(10
4)ピークの半値幅が0.60°以下の材料からなる。
ここで、粉末X線回折はCuのKα1 線(波長1.54
056A)を用いて測定することを意味する。Retaining Material (a) This retaining material is mainly composed of α-lithium aluminate,
And (10 of α-LiAlO 2 in powder X-ray diffraction
4) It is made of a material having a peak half width of 0.60 ° or less.
Here, powder X-ray diffraction is performed using the Cu Kα 1 ray (wavelength 1.54).
056A).
【0028】前記α−リチウムアルミネートを主体とす
る保持材としては、α−リチウムアルミネートが90重
量%以上、より好ましくは95重量%以上含むことが望
ましい。前記保持材を構成するα−リチウムアルミネー
トの割合を90重量%未満にすると、溶融炭酸塩燃料電
池の運転条件、例えば600〜700℃、CO2 10〜
30%の雰囲気において残部であるγ−リチウムアルミ
ネートのα−リチウムアルミネートへの相変化に伴う粒
子の凝集、粒成長により多孔質体の微細構造が変化し
て、粗い孔が生じ易くなる。The holding material mainly composed of α-lithium aluminate preferably contains 90% by weight or more, more preferably 95% by weight or more of α-lithium aluminate. When the proportion of α-lithium aluminate constituting the holding material is less than 90% by weight, the operating conditions of the molten carbonate fuel cell, for example, 600 to 700 ° C., CO 2 10
In a 30% atmosphere, the fine structure of the porous body changes due to the aggregation and growth of particles accompanying the phase change of the remaining γ-lithium aluminate into α-lithium aluminate, and coarse pores are likely to occur.
【0029】前記保持材のα−LiAlO2 の(10
4)ピークの半値幅を0.60°以下に規定したのは、
次のような理由によるものである。前記半値幅が0.6
0°を越えた保持材を有する多孔質体にアルカリ炭酸塩
を含む電解質を含浸させた電解質板は、この電解質板を
組み込んだ燃料電池の運転中において溶融塩中に存在す
るα−リチウムアルミネート結晶が不安定となり溶解、
再析出を介した凝集や粒成長、あるいはγ−リチウムア
ルミネートへの相変化が生じ易くなる。その結果、前記
多孔質体の微細構造が変化し、電解質ロスが生じ易くな
る。より好ましいα−LiAlO2 の(104)ピーク
の半値幅は、0.45°以下である。The holding material α-LiAlO 2 (10
4) The half width of the peak is defined to be 0.60 ° or less.
The reason is as follows. The half width is 0.6
An electrolyte plate obtained by impregnating a porous body having a holding material exceeding 0 ° with an electrolyte containing an alkali carbonate is an α-lithium aluminate present in a molten salt during operation of a fuel cell incorporating the electrolyte plate. Crystals become unstable and melt,
Aggregation and grain growth through reprecipitation, or a phase change to γ-lithium aluminate are likely to occur. As a result, the fine structure of the porous body changes, and electrolyte loss is likely to occur. The more preferable half-width of the (104) peak of α-LiAlO 2 is 0.45 ° or less.
【0030】前記保持材は、0.05μm〜2.0μm
の平均粒径を有する粉末であることが好ましい。前記保
持材の平均粒径を0.05μm未満にすると、この保持
材を有する多孔質体を備える電解質板が燃料電池の運転
中に前記多孔質体中の保持材が凝集し、粒成長し易くな
る。一方、前記保持材の平均粒径が2.0μmを越える
とこの保持材を有する多孔質体における溶融炭酸塩の保
持特性が低下する恐れがある。より好ましい前記保持材
の平均粒径は、0.2μm〜0.6μm、さらに好まし
い前記保持材の平均粒径は0.3〜0.5μmである。The holding material is 0.05 μm to 2.0 μm.
It is preferable that the powder has an average particle size of. When the average particle size of the holding material is less than 0.05 μm, the holding material in the porous body aggregates during the operation of the fuel cell in the electrolyte plate including the porous body having the holding material, and the particles easily grow. Become. On the other hand, if the average particle diameter of the holding material exceeds 2.0 μm, the holding property of the molten carbonate in the porous body having the holding material may be deteriorated. A more preferable average particle diameter of the holding material is 0.2 μm to 0.6 μm, and a further preferable average particle diameter of the holding material is 0.3 to 0.5 μm.
【0031】前述した保持材は、次のような方法により
製造される。
(1)比表面積20m2 /g以上のα−リチウムアルミ
ネート粉末を主体とするリチウムアルミネート粉末を7
00℃〜800℃溶融炭酸塩中で粒成長せしめた後、炭
酸塩を除去することにより保持材を製造する。The above-mentioned holding material is manufactured by the following method. (1) A lithium aluminate powder mainly composed of α-lithium aluminate powder having a specific surface area of 20 m 2 / g or more is used.
A holding material is manufactured by growing grains in a molten carbonate at 00 ° C to 800 ° C and then removing the carbonate.
【0032】前記α−リチウムアルミネートを主体とす
るリチウムアルミネート粉末としては、α−リチウムア
ルミネートが80重量%以上、より好ましくは90重量
%以上含むことが望ましい。前記リチウムアルミネート
粉末を構成するα−リチウムアルミネートの割合を80
重量%未満にすると、α−リチウムアルミネート以外の
異相のリチウムアルミネート量が少ない保持材を得るこ
とが困難になる。The lithium aluminate powder mainly composed of α-lithium aluminate preferably contains α-lithium aluminate in an amount of 80% by weight or more, more preferably 90% by weight or more. The ratio of α-lithium aluminate that constitutes the lithium aluminate powder is 80
If it is less than wt%, it becomes difficult to obtain a holding material having a small amount of different phase lithium aluminate other than α-lithium aluminate.
【0033】前記リチウムアルミネート粉末の比表面積
を20m2 /g未満にすると、溶融炭酸塩との接触面積
が小さくなって、粒成長を良好に行うことが困難にな
る。より好ましい前記リチウムアルミネート粉末の比表
面積は、30m2 /g以上である。前記リチウムアルミ
ネート粉末の比表面積が大き過ぎると、体積(嵩)が大
きくなり、製造効率が低下するため、上限を60m2 /
gにすることが望ましい。When the specific surface area of the lithium aluminate powder is less than 20 m 2 / g, the contact area with the molten carbonate becomes small, and it becomes difficult to perform good grain growth. The more preferable specific surface area of the lithium aluminate powder is 30 m 2 / g or more. If the specific surface area of the lithium aluminate powder is too large, the volume (bulk) becomes large, and the production efficiency decreases, so the upper limit is 60 m 2 /
It is desirable to set to g.
【0034】前記炭酸塩としては、例えばLi/K系共
晶炭酸塩、Li/Na系共晶炭酸塩やLi/K/Na三
元系共晶炭酸塩、共晶塩組成からずれた混合炭酸塩など
を用いることができる。Examples of the carbonates include Li / K eutectic carbonates, Li / Na eutectic carbonates, Li / K / Na ternary eutectic carbonates, and mixed carbonates deviating from the eutectic salt composition. Salt or the like can be used.
【0035】前記α−リチウムアルミネート粉末と炭酸
塩との混合物中に占める前記炭酸塩の量は、5〜70重
量%にすることが好ましい。前記混合物中に占める前記
炭酸塩の量を5重量%未満にすると、粒成長を良好に行
うことが困難になる。一方、前記混合物中に占める前記
炭酸塩の量が70重量%を越えると、保持材の生産性が
低下する恐れがある。さらに好ましい前記混合物中に占
める前記炭酸塩の量は、10〜50重量%である。The amount of the carbonate in the mixture of the α-lithium aluminate powder and the carbonate is preferably 5 to 70% by weight. When the amount of the carbonate in the mixture is less than 5% by weight, it becomes difficult to perform good grain growth. On the other hand, if the amount of the carbonate in the mixture exceeds 70% by weight, the productivity of the holding material may decrease. More preferably, the amount of the carbonate in the mixture is 10 to 50% by weight.
【0036】前記粒成長工程での温度を規定したのは、
次のような理由によるものである。前記粒成長工程での
温度を700℃未満にすると、高比表面積のα−リチウ
ムアルミネート粉末の粒成長を迅速に行うことが困難に
なる。一方、前記粒成長工程での温度が800℃を越え
ると、α−リチウムアルミネートのγ化が生じ、粒成長
し過ぎる恐れがある。より好ましい前記粒成長工程での
温度は730℃〜780℃である。The temperature in the grain growth step is defined as follows.
The reason is as follows. If the temperature in the grain growth step is less than 700 ° C., it becomes difficult to rapidly grain grow the α-lithium aluminate powder having a high specific surface area. On the other hand, when the temperature in the grain growth step exceeds 800 ° C., α-lithium aluminate is converted to γ, and there is a possibility that grain growth may be excessive. More preferable temperature in the grain growth step is 730 ° C to 780 ° C.
【0037】前記粒成長工程は、炭酸ガス含有雰囲気中
で行うことが好ましい。前記リチウムアルミネート粉末
の粒成長を炭酸ガス含有雰囲気中で行うことにより、粒
成長過程でのリチウムアルミネートのγ化を抑制するこ
とができる。前記雰囲気中の炭酸ガスの濃度は1%以
上、より好ましくは10%以上にすることが望ましい。
このような炭酸ガス含有雰囲気中での熱処理は、10〜
100時間行うことが好ましい。なお、前記リチウムア
ルミネート粉末の粒成長工程において雰囲気中の炭酸ガ
スの濃度を高くするほど、リチウムアルミネート粉末の
α−リチウムアルミネートを安定して粒成長させること
が可能になる。The grain growth step is preferably performed in a carbon dioxide gas-containing atmosphere. By performing grain growth of the lithium aluminate powder in a carbon dioxide gas-containing atmosphere, it is possible to suppress gamma conversion of lithium aluminate in the grain growth process. The concentration of carbon dioxide in the atmosphere is preferably 1% or more, more preferably 10% or more.
The heat treatment in such an atmosphere containing carbon dioxide gas is 10 to
It is preferably carried out for 100 hours. In the grain growth step of the lithium aluminate powder, the higher the concentration of carbon dioxide in the atmosphere, the more stable the grain growth of α-lithium aluminate of the lithium aluminate powder.
【0038】前記粒成長工程後は、炭酸塩とリチウムア
ルミネートの混合物を室温まで炉冷し、溶媒で炭酸塩を
除去することにより行うことができる。この溶媒として
は、例えば水、酢酸を用いることができるが、炭酸塩を
溶解するものの、リチウムアルミネートは溶解しない酸
や有機酸水溶液も使用することができる。After the grain growth step, the mixture of carbonate and lithium aluminate can be furnace cooled to room temperature and the carbonate can be removed with a solvent. As the solvent, for example, water or acetic acid can be used, but an acid or an organic acid aqueous solution which dissolves a carbonate but not lithium aluminate can also be used.
【0039】以上説明したように高比表面積のα−リチ
ウムアルミネートを主体とするリチウムアルミネート粉
末を出発原料とし、これを溶融炭酸塩中で粒成長させる
ことによって、結晶性および純度が高く、単粒子化され
たα−リチウムアルミネートを含む保持材を短時間で製
造することができる。得られた保持材と前述した補強材
とから多孔質体を形成し、この多孔質体にアルカリ炭酸
塩を含む電解質を含浸させた電解質板を作製し、これを
溶融炭酸塩型燃料電池に組み込むことによって、前記電
解質板中の保持材粒子の凝集、粒成長を抑えることがで
きるため、電解質ロスを低減できる。As described above, a lithium aluminate powder mainly composed of α-lithium aluminate having a high specific surface area is used as a starting material, and grains are grown in a molten carbonate to obtain high crystallinity and purity. It is possible to produce a holding material containing α-lithium aluminate in the form of single particles in a short time. A porous body is formed from the obtained holding material and the above-mentioned reinforcing material, and an electrolyte plate is prepared by impregnating the porous body with an electrolyte containing an alkali carbonate, and incorporating this into a molten carbonate fuel cell. As a result, the aggregation and particle growth of the holding material particles in the electrolyte plate can be suppressed, and the electrolyte loss can be reduced.
【0040】(2)比表面積100m2 /g以上の水酸
化アルミニウム粉末と炭酸リチウムを含む炭酸塩との混
合物を熱処理してリチウムアルミネートを生成する。つ
づいて、このリチウムアルミネートを溶融炭酸塩中で粒
成長させ、その後炭酸塩を除去することにより保持材を
製造する。(2) A mixture of aluminum hydroxide powder having a specific surface area of 100 m 2 / g or more and a carbonate containing lithium carbonate is heat-treated to produce lithium aluminate. Subsequently, the lithium aluminate is grain-grown in a molten carbonate, and then the carbonate is removed to produce a holding material.
【0041】前記水酸化アルミニウム粉末の比表面積を
100m2 /g以上にすることによりリチウム化に要す
る時間を短くし、反応を均一にすることが可能になる。
前記水酸化アルミニウム粉末と前記炭酸塩の混合物の熱
処理は、1〜100%の炭酸ガスを含む雰囲気中、55
0℃〜700℃で10〜100時間行うことが望まし
い。このような1%以上の炭酸ガスを含む雰囲気で55
0℃〜700℃で熱処理することによって、γ相の少な
い高純度のα−リチウムアルミネート粉末を得ることが
できる。より好ましい熱処理温度は、580〜620℃
である。By setting the specific surface area of the aluminum hydroxide powder to 100 m 2 / g or more, the time required for lithiation can be shortened and the reaction can be made uniform.
The heat treatment of the mixture of the aluminum hydroxide powder and the carbonate is performed in an atmosphere containing 1 to 100% carbon dioxide gas.
It is desirable to carry out at 0 ° C to 700 ° C for 10 to 100 hours. 55 in an atmosphere containing at least 1% carbon dioxide
By heat treatment at 0 ° C. to 700 ° C., a highly pure α-lithium aluminate powder having a small amount of γ phase can be obtained. More preferable heat treatment temperature is 580 to 620 ° C.
Is.
【0042】前記炭酸リチウムを含む炭酸塩としては、
Li2 CO3 単独、あるいは炭酸リチウムとLi/K系
共晶炭酸塩、Li/Na系共晶炭酸塩やLi/K/Na
三元系共晶炭酸塩、また共晶塩組成からずれた混合炭酸
塩との混合物を用いることができる。As the carbonate containing lithium carbonate,
Li 2 CO 3 alone, or lithium carbonate and Li / K eutectic carbonate, Li / Na eutectic carbonate or Li / K / Na
A ternary eutectic carbonate or a mixture with a mixed carbonate deviating from the eutectic salt composition can be used.
【0043】前記水酸化アルミニウム粉末と炭酸リチウ
ムとの混合モル比(水酸化アルミニウム:炭酸リチウ
ム)は、1:1〜1:3にすることが好ましい。得られ
たα−リチウムアルミネートを主体とするリチウムアル
ミネート粉末と炭酸塩との混合物中に占める前記炭酸塩
の量は、前記(1)の方法で説明したのと同様な理由に
より5〜70重量%にすることが好ましい。The mixing molar ratio of the aluminum hydroxide powder and lithium carbonate (aluminum hydroxide: lithium carbonate) is preferably 1: 1 to 1: 3. The amount of the carbonate in the obtained mixture of the lithium aluminate powder mainly containing α-lithium aluminate and the carbonate is 5 to 70 for the same reason as described in the method (1). It is preferably set to the weight percent.
【0044】前記粒成長工程での温度を700℃〜80
0℃に規定したのは、前記(1)の方法で説明したのと
同様な理由によるものである。前記粒成長工程は、前記
(1)の方法で説明したのと同様な理由により炭酸ガス
含有雰囲気中で行うことが好ましい。前記雰囲気中の炭
酸ガスの濃度は1%以上、より好ましくは10%以上に
することが望ましい。The temperature in the grain growth step is 700 ° C. to 80 ° C.
The reason for defining 0 ° C. is for the same reason as described in the method (1) above. The grain growth step is preferably performed in a carbon dioxide gas-containing atmosphere for the same reason as described in the method (1). The concentration of carbon dioxide in the atmosphere is preferably 1% or more, more preferably 10% or more.
【0045】前記粒成長工程後は、炭酸塩とリチウムア
ルミネートの混合物を室温まで炉冷し、前記(1)の方
法で説明したのと同様な溶媒で炭酸塩を除去することに
より行うことができる。After the grain growth step, the mixture of carbonate and lithium aluminate is furnace-cooled to room temperature, and the carbonate is removed with the same solvent as described in the above method (1). it can.
【0046】なお、前記保持材の製造において前記水酸
化アルミニウム粉末に代えてアルミナ粉末を用いた場合
でも同様な特性を有する保持材を製造することが可能で
ある。It should be noted that, even when alumina powder is used in place of the aluminum hydroxide powder in the production of the holding material, it is possible to produce a holding material having similar characteristics.
【0047】補強材(b)
この補強材は、セルの起動・停止時の熱サイクルにより
電解質板にクラックが発生するのを防止する機能を有す
る。このような補強材としては、リチウムアルミネー
ト、アルミナおよび安定化ジルコニアから選ばれる少な
くとも1種からなり、特に以下に列挙する特定の材料か
らなる粒子(b−1)、短繊維(b−2)、長繊維(b
−3)が好ましい。ただし、前記短繊維または長繊維の
補強材においては、リチウムジコネート単独、もしくは
このリチウムジコネートとリチウムアルミネート、アル
ミナおよびジルコニアから選ばれる少なくとも1種との
混合物からなることを許容する。Reinforcing Material (b) This reinforcing material has a function of preventing cracks from being generated in the electrolyte plate due to the thermal cycle when starting and stopping the cell. Such a reinforcing material comprises at least one selected from lithium aluminate, alumina and stabilized zirconia, and particularly particles (b-1) and short fibers (b-2) made of the specific materials listed below. , Long fiber (b
-3) is preferred. However, the reinforcing material of the short fibers or the long fibers is allowed to consist of lithium diconate alone or a mixture of this lithium diconate and at least one selected from lithium aluminate, alumina and zirconia.
【0048】粒子状補強材(b−1)
この補強材粒子は、α−リチウムアルミネート、γ−リ
チウムアルミネート、アルミナおよび安定化ジルコニア
から選ばれる少なくとも1種からなり、5〜50μmの
平均粒径を有する。このような補強材粒子は、前記保持
材であるα−リチウムアルミネートとの集合・凝集を生
じ難く、運転中の電解質板の微細構造の安定性を高める
ことができる。特に、α−リチウムアルミネート、アル
ミナおよび安定化ジルコニアから選ばれる少なくとも1
種からなる粒子は保持材であるα−リチウムアルミネー
トとの集合・凝集をより一層生じ難くいために好まし
い。Particulate Reinforcing Material (b-1) The reinforcing material particles are made of at least one selected from α-lithium aluminate, γ-lithium aluminate, alumina and stabilized zirconia, and have an average particle size of 5 to 50 μm. Have a diameter. Such reinforcing material particles are unlikely to aggregate / aggregate with the holding material α-lithium aluminate, and can improve the stability of the fine structure of the electrolyte plate during operation. In particular, at least one selected from α-lithium aluminate, alumina and stabilized zirconia.
Particles made of seeds are preferable because they are more difficult to aggregate / aggregate with α-lithium aluminate as a holding material.
【0049】短繊維状補強材(b−2)
短繊維状補強材は、β−リチウムアルミネートおよびγ
−リチウムアルミネートから選ばれる少なくとも1種か
らなり、0.5〜5μmの平均径、50μm以下の平均
長さを有する。このような短繊維状補強材は、粒子状の
補強材に比べて保持材であるα−リチウムアルミネート
との曲率半径差が小さいため補強材による前記保持材の
吸収合体を生じ難く、運転中の電解質板の微細構造の安
定性を高めることができる。Short fibrous reinforcing material (b-2) The short fibrous reinforcing materials are β-lithium aluminate and γ.
-At least one selected from lithium aluminate, having an average diameter of 0.5 to 5 m and an average length of 50 m or less. Such a short fibrous reinforcing material has a smaller difference in radius of curvature from the holding material, α-lithium aluminate, as compared with the particulate reinforcing material, and thus it is difficult for the reinforcing material to absorb and coalesce the holding material. The stability of the fine structure of the electrolyte plate can be increased.
【0050】すなわち、燃料電池の運転中において補強
材および保持材は電解液中への溶解・再析出を繰り返
す。補強材が保持材に対して曲率半径差が大きいと、燃
料電池の運転中に補強材と保持材の電解液に対する溶解
速度に差が生じる。つまり、保持材は電解液に補強材に
比べて先に溶解する。電解液中に固体状態で存在する補
強材の周辺に溶解された保持材および補強材は、前記固
体状態の補強材上に再析出するため、結果的には保持材
が溶解して補強材が粒成長する。したがって、前記保持
材が前記補強材に吸収合体されて、電解質板に微細な孔
が生じ、それに伴って電解質ロスが起る。That is, during operation of the fuel cell, the reinforcing material and the holding material are repeatedly dissolved and re-deposited in the electrolytic solution. When the difference in radius of curvature between the reinforcing material and the holding material is large, a difference occurs in the dissolution rate of the reinforcing material and the holding material in the electrolytic solution during operation of the fuel cell. That is, the holding material dissolves in the electrolytic solution earlier than the reinforcing material. The holding material and the reinforcing material dissolved around the reinforcing material existing in the solid state in the electrolytic solution re-precipitates on the reinforcing material in the solid state, and as a result, the supporting material is dissolved and the reinforcing material is Grain grows. Therefore, the holding material is absorbed and united with the reinforcing material to form fine holes in the electrolyte plate, which causes electrolyte loss.
【0051】前述した平均径を有する短繊維状補強材
は、前記保持材との曲率半径差を小さくできるため、燃
料電池の運転中での保持材および補強材の電解液に対す
る溶解速度差を小さくできる。このため、溶解された保
持材および補強材の再析出過程において、保持材および
補強材はそれぞれ個々に再析出される。その結果、保持
材および補強材が相互の溶解・吸収合体を抑制できるた
め、運転中の電解質板の微細構造の安定性を高めること
ができる。The short fibrous reinforcing material having the above-mentioned average diameter can reduce the difference in the radius of curvature from the holding material, so that the difference in the dissolution rate of the holding material and the reinforcing material in the electrolyte during operation of the fuel cell is small. it can. Therefore, in the reprecipitation process of the dissolved holding material and reinforcing material, the holding material and the reinforcing material are individually reprecipitated. As a result, since the holding material and the reinforcing material can suppress mutual dissolution and absorption coalescence, the stability of the fine structure of the electrolyte plate during operation can be enhanced.
【0052】長繊維状補強材(b−3)
長繊維状補強材は、アルミナ、リチウムアルミネートお
よびジルコニアから選ばれる少なくとも1種からなり、
1〜15μmの平均径、0.1〜3mmの平均長さを有
する。このような長繊維状補強材は、粒子状の補強材に
比べて電池の起動時に前記電解質板に密着した前記アノ
ードと前記エッジシール板との熱膨張率の差に伴って前
記電解質板に割れが発生するのを効果的に防ぐ効果を有
する。Long fibrous reinforcing material (b-3) The long fibrous reinforcing material comprises at least one selected from alumina, lithium aluminate and zirconia,
It has an average diameter of 1 to 15 μm and an average length of 0.1 to 3 mm. Such a long fibrous reinforcing material is cracked in the electrolyte plate due to a difference in coefficient of thermal expansion between the anode and the edge seal plate, which are in close contact with the electrolyte plate when the battery is started, as compared with a particulate reinforcing material. Has the effect of effectively preventing the occurrence of
【0053】さらに、前記(b−1)〜(b−3)の補
強材を組み合わせて用いることにより、経時的安定性に
優れ、起動時の初期割れや熱サイクル時のクラック発生
が効果的に防止された電解質板を得ることができる。Further, by using the reinforcing materials of the above (b-1) to (b-3) in combination, the stability over time is excellent, and the initial cracks at the time of start-up and the occurrence of cracks at the time of thermal cycle are effective. It is possible to obtain a protected electrolyte plate.
【0054】電解質(c)
この電解質としては、例えば炭酸リチウム(Li2 CO
3 )、炭酸カリウム(K2 CO3 )、炭酸ナトリウム
(Na2 CO3 )の混合物、あるいはLi2 CO3 とK
2 CO3 の混合物、Li2 CO3 とNa2 CO3 の混合
物、Li2 CO3とK2 CO3 とNa2 CO3 の混合物
などを挙げることができる。前記電解質は、前記アルカ
リ炭酸塩あるいは混合アルカリ炭酸塩にさらにアルカリ
土類金属炭酸塩を添加した組成を有することを許容す
る。Electrolyte (c) As this electrolyte, for example, lithium carbonate (Li 2 CO)
3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), a mixture of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), or Li 2 CO 3 and K
Examples thereof include a mixture of 2 CO 3, a mixture of Li 2 CO 3 and Na 2 CO 3, a mixture of Li 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 . The electrolyte is allowed to have a composition in which an alkaline earth metal carbonate is further added to the alkali carbonate or the mixed alkali carbonate.
【0055】上述した電解質板は、例えば次のような方
法により製造される。
(1)まず、保持粒子、補強粒子及び有機バインダを有
機溶媒の存在下で混合する。ここに用いる有機バインダ
としては、たとえばポリビニルブチラール、フタル酸ジ
ブチル、アクリル樹脂などを挙げることができる。前記
有機溶媒としては、例えばトルエン、キシレン、メチル
エチルケトンなどを挙げることができる。続いて、前記
混合物を通常のシート成形法(例えばドクターブレード
法、カレンダロール法、スリップキャスト法、冷間押し
だし法など)によりグリーンシートを成形した後脱脂す
ることにより所定の気孔率を有する多孔質体を作成す
る。一方、混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を前記多
孔質と同様の方法によりシール成形してシート状物を作
成する。次いで、前記多孔質体上に前記シート状物を重
ね、該シート状物を溶融して多孔質体に含浸させること
により電解質板を製造する。The electrolyte plate described above is manufactured, for example, by the following method. (1) First, the holding particles, the reinforcing particles and the organic binder are mixed in the presence of an organic solvent. Examples of the organic binder used here include polyvinyl butyral, dibutyl phthalate, and acrylic resin. Examples of the organic solvent include toluene, xylene, methyl ethyl ketone, and the like. Subsequently, a porous sheet having a predetermined porosity is formed by degreasing the mixture after forming a green sheet by a usual sheet forming method (for example, a doctor blade method, a calendar roll method, a slip casting method, a cold extrusion method, etc.). Create the body. On the other hand, an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate is seal-molded by the same method as that for the porous material to prepare a sheet-like material. Then, the sheet-shaped material is overlaid on the porous body, and the sheet-shaped material is melted to impregnate the porous body to manufacture an electrolyte plate.
【0056】(2)前記(1)の方法により作成した電
解質板をあらかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質
を含浸させたアノードと無含浸のカソードの間に配置
し、前述の図1に示す単位セルとし、複数の単位セルを
セパレータを挟んで積層してスタック発電要素とした後
この発電要素の4つの側面にマニホールドを取り付けて
燃料電池を組み立てる。この後、作動温度まで昇温さ
せ、前記電解質板の気孔部分に前記アノード中の溶融し
た混合アルカリ炭酸塩を拡散、充填して電解質板を製造
する。(2) The electrolyte plate prepared by the method of (1) above is placed between an anode and a non-impregnated cathode which have been previously impregnated with an electrolyte composed of mixed alkali carbonate, and the unit cell shown in FIG. After stacking a plurality of unit cells with a separator sandwiched therebetween to form a stack power generation element, a manifold is attached to four side surfaces of the power generation element to assemble a fuel cell. Then, the temperature is raised to the operating temperature, and the molten mixed alkali carbonate in the anode is diffused and filled in the pores of the electrolyte plate to manufacture the electrolyte plate.
【0057】[0057]
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。
(実施例1)市販の比表面積40m2 /gでα−リチウ
ムアルミネート量が98重量%のリチウムアルミネート
粉末と共晶炭酸塩(Li2 CO3 /K2 CO3 −62/
38mol%)を1:1の重量比で混合した。この混合
物を炭酸ガス雰囲気で750℃で50時間熱処理した。
熱処理後の混合物を室温まで冷却し、水で炭酸塩を除去
して粉末(保持材)を得た。The preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. Example 1 A commercially available lithium aluminate powder having a specific surface area of 40 m 2 / g and an amount of α-lithium aluminate of 98% by weight, and a eutectic carbonate (Li 2 CO 3 / K 2 CO 3 -62 /
38 mol%) were mixed in a weight ratio of 1: 1. This mixture was heat-treated in a carbon dioxide atmosphere at 750 ° C. for 50 hours.
The mixture after the heat treatment was cooled to room temperature and the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0058】得られた粉末は、粉末X線回折からα−リ
チウムアルミネート量が95重量%であることが確認さ
れた。この粉末の平均粒径を画像解析により求めたとこ
ろ、約0.4μmであった。また、前記粉末のα−Li
AlO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅
を測定したところ、0.36°であった。It was confirmed by powder X-ray diffraction that the amount of α-lithium aluminate in the obtained powder was 95% by weight. When the average particle size of this powder was determined by image analysis, it was about 0.4 μm. In addition, α-Li of the powder
The full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak of the (104) plane of AlO 2 was measured and found to be 0.36 °.
【0059】なお、処理前のα−リチウムアルミネート
の粉末X線回折図を図4に、得られた粉末から分離され
たα−リチウムアルミネートの粉末X線回折図を図5
に、それぞれ示す。これら図4および図5から明らかな
ように得られた粉末のα−リチウムアルミネートは、処
理前のα−リチウムアルミネートに比べてα−LiAl
O2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅が著
しく狭くなることがわかる。The powder X-ray diffraction pattern of α-lithium aluminate before treatment is shown in FIG. 4, and the powder X-ray diffraction diagram of α-lithium aluminate separated from the obtained powder is shown in FIG.
, Respectively. As is clear from these FIGS. 4 and 5, the powdered α-lithium aluminate has α-LiAl compared to the untreated α-lithium aluminate.
It can be seen that the full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of O 2 is significantly narrowed.
【0060】(実施例2)比表面積23m2 /gのα−
リチウムアルミネート粉末と実施例1と同様の共晶炭酸
塩とを1:1の重量比でアセトン中で混合した。アセト
ンを除去した後、この混合物を炭酸ガス雰囲気中、75
0℃で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室温ま
で冷却し、水で炭酸塩を除去して粉末(保持材)を得
た。Example 2 α-with a specific surface area of 23 m 2 / g
Lithium aluminate powder and a eutectic carbonate similar to Example 1 were mixed in acetone in a 1: 1 weight ratio. After removing the acetone, the mixture was treated with carbon dioxide in an atmosphere of 75
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 50 hours. The mixture after the heat treatment was cooled to room temperature and the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0061】得られた粉末は、粉末X線回折から100
%のα−リチウムアルミネートからなることが確認され
た。この粉末の平均粒径を画像解析により求めたとこ
ろ、約0.6μmであった。また、前記粉末のα−Li
AlO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅
を測定したところ、0.48°であった。The obtained powder is 100% by powder X-ray diffraction.
% Α-lithium aluminate was confirmed. When the average particle size of this powder was determined by image analysis, it was about 0.6 μm. In addition, α-Li of the powder
The full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of AlO 2 was 0.48 °.
【0062】(実施例3)比表面積33m2 /gのα−
リチウムアルミネート粉末と実施例1と同様の共晶炭酸
塩を1:1の重量比でアセトン中で混合した。アセトン
を除去した後、この混合物を炭酸ガス雰囲気、750℃
で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室温まで冷
却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保持材)を得
た。Example 3 α-with a specific surface area of 33 m 2 / g
Lithium aluminate powder and the eutectic carbonate as in Example 1 were mixed in acetone in a weight ratio of 1: 1. After removing the acetone, the mixture was heated to a carbon dioxide gas atmosphere at 750 ° C.
And heat treated for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0063】得られた粉末は、粉末X線回折から100
%のα−リチウムアルミネートからなることが確認され
た。この粉末の平均粒径を画像解析により求めたとこ
ろ、約0.4μmであった。また、前記粉末のα−Li
AlO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅
を測定したところ、0.39°であった。The obtained powder is 100% by powder X-ray diffraction.
% Α-lithium aluminate was confirmed. When the average particle size of this powder was determined by image analysis, it was about 0.4 μm. In addition, α-Li of the powder
The full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of AlO 2 was measured and found to be 0.39 °.
【0064】(実施例4)比表面積40m2 /gのα−
リチウムアルミネート粉末と実施例1と同様の共晶炭酸
塩を1:1の重量比でアセトン中で混合した。アセトン
を除去した後、この混合物を炭酸ガス雰囲気で750℃
で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室温まで冷
却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保持材)を得
た。Example 4 α-with a specific surface area of 40 m 2 / g
Lithium aluminate powder and the eutectic carbonate as in Example 1 were mixed in acetone in a weight ratio of 1: 1. After removing the acetone, the mixture was heated to 750 ° C. in a carbon dioxide atmosphere.
And heat treated for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0065】得られた粉末は、粉末X線回折から100
%のα−リチウムアルミネートからなることが確認され
た。この粉末の平均粒径を画像解析により求めたとこ
ろ、約0.4μmであった。また、前記粉末のα−Li
AlO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅
を測定したところ、0.36°であった。The powder obtained was analyzed by powder X-ray diffraction to be 100
% Α-lithium aluminate was confirmed. When the average particle size of this powder was determined by image analysis, it was about 0.4 μm. In addition, α-Li of the powder
The full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak of the (104) plane of AlO 2 was measured and found to be 0.36 °.
【0066】(比較例1)市販の比表面積17m2 /g
のα−リチウムアルミネート粉末と実施例1と同様の共
晶炭酸塩を1:1の重量比でアセトン中で混合した。ア
セトンを除去した後、この混合物を炭酸ガス雰囲気で7
50℃で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室温
まで冷却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保持材)
を得た。Comparative Example 1 Commercially available specific surface area 17 m 2 / g
Α-Lithium aluminate powder of Example 1 and eutectic carbonate similar to Example 1 were mixed in acetone at a weight ratio of 1: 1. After removing the acetone, the mixture was stirred under a carbon dioxide gas atmosphere for 7 hours.
Heat treatment was performed at 50 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture is cooled to room temperature, the carbonate is removed with water to form a powder (holding material)
Got
【0067】得られた粉末は、粉末X線回折からα相の
リチウムアルミネートの含有量が3重量%であることが
確認された。
(比較例2)比表面積20m2 /gでα−リチウムアル
ミネート含有量が15重量%のγ−リチウムアルミネー
ト粉末と実施例1と同様の共晶炭酸塩を1:1の重量比
でアセトン中で混合した。アセトンを除去した後、この
混合物を炭酸ガス雰囲気で750℃で50時間熱処理し
た。熱処理後の混合物を室温まで冷却した後、水で炭酸
塩を除去して粉末(保持材)を得た。From the powder X-ray diffraction, it was confirmed that the content of the α-phase lithium aluminate in the obtained powder was 3% by weight. (Comparative Example 2) A γ-lithium aluminate powder having a specific surface area of 20 m 2 / g and an α-lithium aluminate content of 15% by weight and a eutectic carbonate similar to that of Example 1 were mixed with acetone in a weight ratio of 1: 1. Mixed in. After removing the acetone, the mixture was heat-treated in a carbon dioxide gas atmosphere at 750 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0068】得られた粉末は、粉末X線回折からα−リ
チウムアルミネート含有量が20重量%であることが確
認された。
(比較例3)比表面積20m2 /gのγ−リチウムアル
ミネート粉末と実施例1と同様の共晶炭酸塩を1:1の
重量比でアセトン中で混合した。アセトンを除去した
後、この混合物を炭酸ガス雰囲気で750℃で50時間
熱処理した。熱処理後の混合物を室温まで冷却した後、
水で炭酸塩を除去して粉末(保持材)を得た。The powder thus obtained was confirmed by powder X-ray diffraction to have an α-lithium aluminate content of 20% by weight. (Comparative Example 3) A γ-lithium aluminate powder having a specific surface area of 20 m 2 / g and a eutectic carbonate similar to that of Example 1 were mixed in acetone at a weight ratio of 1: 1. After removing the acetone, the mixture was heat-treated in a carbon dioxide gas atmosphere at 750 ° C. for 50 hours. After cooling the mixture after heat treatment to room temperature,
The carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0069】得られた粉末は、粉末X線回折からα相リ
チウムアルミネートの含有量が0でγ相のみからなるこ
とが確認された。実施例1〜実施例4、比較例1〜比較
例3により得られた保持材と、平均粒径15μmのγ−
LiAlO2 粒子からなる補強材とを、70:30の体
積比でアルミナポットに入れ、トルエン、ポリビニルブ
チラール、フタル酸ジブチルと共に20時間湿式混合
し、7種のスラリーをそれぞれ調製した。つづいて、こ
れらのスラリーをそれぞれキャリアシート上に展開し、
厚さ0.5mmのマトリックスグリーンシートとした。
ひきつづき、前記各マトリックスグリーンシートを大気
中で脱脂して多孔質体をそれぞれ作製した。From the powder X-ray diffraction, it was confirmed that the obtained powder had an α-phase lithium aluminate content of 0 and consisted of only the γ-phase. The holding materials obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 and γ-having an average particle diameter of 15 μm.
A reinforcing material composed of LiAlO 2 particles was put in an alumina pot at a volume ratio of 70:30, and wet mixed with toluene, polyvinyl butyral and dibutyl phthalate for 20 hours to prepare 7 kinds of slurries, respectively. Next, spread each of these slurries on a carrier sheet,
A matrix green sheet having a thickness of 0.5 mm was prepared.
Subsequently, each of the matrix green sheets was degreased in the atmosphere to produce a porous body.
【0070】また、電解質としての混合アルカリ炭酸塩
(Li2 CO3 :62mol%、K2 CO3 :38mo
l%)を前記多孔質体と同様な方法によりシート状物を
作製した。このシート状物を、前記各多孔質体上にそれ
ぞれ重ね、550℃まで昇温して前記シート状物を溶融
状態とすることによりその混合アルカリ炭酸塩を前記各
多孔質体にそれぞれ含浸して厚さ0.5mmの7種の電
解質板を作製した。Further, mixed alkali carbonate (Li 2 CO 3 : 62 mol%, K 2 CO 3 : 38 mo as an electrolyte)
1%) was used to prepare a sheet-like material by the same method as that for the porous body. The sheet-like material is placed on each of the porous bodies and heated to 550 ° C. to bring the sheet-like material into a molten state, thereby impregnating each of the porous bodies with the mixed alkali carbonate. Seven types of electrolyte plates having a thickness of 0.5 mm were produced.
【0071】得られた各電解質板と、それぞれニッケル
ベースアロイからなるアノード、カソードと、それぞれ
ステンレス鋼からなるセパレータ、エッジシール板、孔
開き板、波板とを用いて前述した図2および図3に示す
溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。2 and 3 described above using the obtained electrolyte plates, the anode and cathode made of nickel base alloy, the separator made of stainless steel, the edge seal plate, the perforated plate, and the corrugated plate, respectively. The molten carbonate fuel cell shown in was assembled.
【0072】各燃料電池を5気圧で加圧下において、ア
ノードに燃料ガスとしての80体積%のH2 と20体積
%のCO2 の混合ガスを水蒸気分圧1気圧で加湿して供
給し、カソードに酸化剤ガスとしての70%体積%の空
気と30体積%のCO2 の混合ガスを供給し、700℃
で150mA・cm2 の負荷条件で2000時間の発電
試験を行った。このような発電試験における各燃料電池
の作動電位降下を測定した。その結果を下記表1に示
す。なお、下記表1中には実施例1〜実施例4、比較例
1〜比較例3の保持材のα−LiAlO2 の(104)
面の粉末X線回折ピークの半値幅を併記する。Under pressure at 5 atm for each fuel cell, a mixed gas of 80% by volume of H 2 and 20% by volume of CO 2 as a fuel gas was humidified and supplied at a partial pressure of water vapor of 1 atm to the anode, and a cathode was supplied. 70% by volume of air as an oxidant gas and 30% by volume of CO 2 mixed gas are supplied to 700 ° C.
A power generation test was performed for 2000 hours under a load condition of 150 mA · cm 2 . The operating potential drop of each fuel cell in such a power generation test was measured. The results are shown in Table 1 below. In addition, in Table 1 below, (104) of α-LiAlO 2 of the holding materials of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 was used.
The full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak on the surface is also shown.
【0073】[0073]
【表1】 [Table 1]
【0074】前記表1から明らかなようにα−LiAl
O2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅が
0.60°以下のα−リチウムアルミネートを主体(9
5〜100重量%)の保持材(実施例1〜4)を用いた
燃料電池は、2000時間加圧運転後の作動電圧降下が
130mV以下と極めて低く、良好な電池性能を維持で
きることがわかる。特に、半値幅が0.45°以下の保
持材(実施例1、3、4)を用いた燃料電池は、作動電
位降下が93mV以下で、より優れた電池性能を有する
ことがわかる。As is clear from Table 1 above, α-LiAl
Mainly composed of α-lithium aluminate having a half-value width of the powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of O 2 of 0.60 ° or less.
It is understood that the fuel cells using the holding material (Examples 1 to 4) of 5 to 100% by weight) have an extremely low operating voltage drop of 130 mV or less after 2000 hours of pressurization operation and can maintain good cell performance. In particular, it can be seen that the fuel cells using the holding material (Examples 1, 3, and 4) having a half-width of 0.45 ° or less have an operating potential drop of 93 mV or less and have better cell performance.
【0075】これに対し、α−リチウムアルミネートの
含有量が少ない保持材(比較例1〜3)を用いた燃料電
池は2000時間加圧運転後の作動電位降下が253〜
392mVと極めて高いことがわかる。On the other hand, in the fuel cells using the holding materials (Comparative Examples 1 to 3) having a small content of α-lithium aluminate, the operating potential drop after the pressurization operation for 2000 hours was 253 to.
It can be seen that it is extremely high at 392 mV.
【0076】(実施例5〜12、比較例4〜6)40m
2 /gのα−リチウムアルミネート粉末と実施例1と同
様の共晶炭酸塩を1:1の重量比でアセトン中で混合し
た。アセトンを除去した後、この混合物を下記表2に示
す雰囲気、温度、時間でそれぞれ熱処理した。熱処理後
の各混合物をそれぞれ室温まで冷却した後、水で炭酸塩
を除去して11種の粉末(保持材)を得た。(Examples 5 to 12, Comparative Examples 4 to 6) 40 m
2 / g of α-lithium aluminate powder and eutectic carbonate as in Example 1 were mixed in acetone in a weight ratio of 1: 1. After removing the acetone, the mixture was heat-treated in the atmosphere, temperature and time shown in Table 2 below. After each heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain 11 kinds of powder (holding material).
【0077】得られた各粉末のα−リチウムアルミネー
トの含有量、α−LiAlO2 の(104)面の粉末X
線回折ピークの半値幅、平均粒径をそれぞれ測定した。
なお、α−LiAlO2 の(104)ピークの半値幅
は、α相を主体とする粉末のみを対象にして求めた。こ
れらの結果を下記表2に併記する。Content of α-lithium aluminate in each powder obtained, powder X of α-LiAlO 2 (104) plane
The full width at half maximum of the line diffraction peak and the average particle size were measured.
The full width at half maximum of the (104) peak of α-LiAlO 2 was determined only for the powder mainly containing the α phase. The results are also shown in Table 2 below.
【0078】また、得られた実施例5〜12、比較例4
〜6の保持材を用いて実施例1と同様に電解質板を作製
し、これら電解質板を用いて前述した図2および図3に
示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。これら燃料電
池について、実施例1と同様に700℃で150mA/
cm2 の負荷条件で2000時間の発電試験を行った。
このような発電試験における各燃料電池の作動電位降下
を測定した。その結果を下記表2に併記する。なお、比
較例5、6の保持材を使用した燃料電池は150mA/
cm2 の負荷電流を取り出すことができなかった。この
ために下記表2には作動電位降下の値を示さなかった。Further, the obtained Examples 5 to 12 and Comparative Example 4 were obtained.
Electrolyte plates were prepared in the same manner as in Example 1 using the holding materials Nos. 6 to 6, and the molten carbonate fuel cells shown in FIGS. 2 and 3 were assembled using these electrolyte plates. For these fuel cells, 150 mA / 700 ° C. as in Example 1.
A power generation test was performed for 2000 hours under a load condition of cm 2 .
The operating potential drop of each fuel cell in such a power generation test was measured. The results are also shown in Table 2 below. The fuel cells using the holding materials of Comparative Examples 5 and 6 were 150 mA /
The load current of cm 2 could not be taken out. For this reason, the values of the operating potential drop are not shown in Table 2 below.
【0079】[0079]
【表2】 [Table 2]
【0080】前記表2から明らかなようにα−リチウム
アルミネート原料粉末の粒成長工程の熱処理を700〜
800℃の温度で行うことにより得られた実施例5〜1
2の粉末(保持材)においては、α−LiAlO2 の
(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅が0.60
°以下のα−リチウムアルミネート粉末が得られた。特
に、炭酸ガス濃度10%以上、730〜780℃の雰囲
気で熱処理した実施例6、7、11、12のうち、熱処
理を時間を50時間と十分に行ったものに関しては半値
幅が0.45°以下で純度100%α−リチウムアルミ
ネートからなる理想的な粉末が得られた。As is clear from Table 2, the heat treatment in the grain growth step of the α-lithium aluminate raw material powder is 700 to
Examples 5-1 obtained by carrying out at a temperature of 800 ° C
In the powder (holding material) of No. 2, the half-value width of the powder X-ray diffraction peak of the (104) plane of α-LiAlO 2 is 0.60.
An α-lithium aluminate powder having a temperature of ° or less was obtained. In particular, among Examples 6, 7, 11, and 12 which were heat-treated in an atmosphere of carbon dioxide gas concentration of 10% or more and at 730 to 780 ° C., those having sufficient heat treatment for 50 hours had a half width of 0.45. An ideal powder consisting of 100% pure α-lithium aluminate was obtained below °.
【0081】これに対し、700℃より低い温度で熱処
理した比較例4では、半値幅が大きく結晶性が悪かっ
た。また、熱処理温度が800℃より高い温度で処理す
ることにより得られた比較例5、6の粉末は、それぞれ
α相含有率が低かった。On the other hand, in Comparative Example 4 which was heat-treated at a temperature lower than 700 ° C., the full width at half maximum was large and the crystallinity was poor. Further, the powders of Comparative Examples 5 and 6 obtained by treating at a heat treatment temperature higher than 800 ° C. each had a low α phase content.
【0082】また、表2から明らかなようにα−LiA
lO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅が
0.60°以下のα−リチウムアルミネートからなる保
持材(実施例5〜12)を用いた燃料電池は、2000
時間加圧運転後の作動電位降下が130mV以下と極め
て低く、良好な電池性能を維持できることがわかる。As is clear from Table 2, α-LiA
A fuel cell using a holding material (Examples 5 to 12) made of α-lithium aluminate having a powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of 10 2 having a half width of 0.60 ° or less was 2000.
It can be seen that the operating potential drop after the time pressurization operation is extremely low at 130 mV or less, and good battery performance can be maintained.
【0083】これに対し、α−LiAlO2 の(10
4)面の粉末X線回折ピークの半値幅が0.60°を越
えた保持材(比較例4)を用いた燃料電池は、2000
時間加圧運転後の作動電位降下が272mVと極めて高
いことがわかる。In contrast, α-LiAlO 2 (10
The fuel cell using the holding material (Comparative Example 4) in which the full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak on the surface 4) exceeded 0.60 ° was 2000.
It can be seen that the operating potential drop after the time-pressurized operation is 272 mV, which is extremely high.
【0084】(実施例13)まず、100m2 /gの高
純度アルミナ粉末と共晶炭酸塩(Li2 CO3 /K2 C
O3 =62:38mol%)と炭酸リチウムをアセトン
中で2:5:3の重量比(モル比では2:5:4)で湿
式混合した。つづいて、アセトンを除去し、この混合物
を炭酸ガス雰囲気で600℃で50時間熱処理した後、
更に700℃で50時間熱処理した。熱処理後の混合物
を室温まで冷却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保
持材)を得た。Example 13 First, 100 m 2 / g of high-purity alumina powder and eutectic carbonate (Li 2 CO 3 / K 2 C) were used.
O 3 = 62: 38 mol%) and lithium carbonate were wet-mixed in acetone at a weight ratio of 2: 5: 3 (molar ratio 2: 5: 4). Subsequently, acetone was removed, and the mixture was heat-treated at 600 ° C. for 50 hours in a carbon dioxide atmosphere,
Further, it was heat-treated at 700 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0085】(実施例14)まず、100m2 /gの高
純度アルミナ粉末と実施例13と同様の共晶炭酸塩と炭
酸リチウムをアセトン中で2:5:3の重量比で湿式混
合した。つづいて、アセトンを除去し、この混合物を炭
酸ガス雰囲気で600℃で50時間熱処理した後、更に
750℃で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室
温まで冷却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保持
材)を得た。Example 14 First, 100 m 2 / g of high-purity alumina powder, the same eutectic carbonate as in Example 13 and lithium carbonate were wet mixed in acetone at a weight ratio of 2: 5: 3. Subsequently, acetone was removed, and this mixture was heat-treated at 600 ° C. for 50 hours in a carbon dioxide gas atmosphere, and then further heat-treated at 750 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0086】(実施例15)まず、100m2 /gの高
純度アルミナ粉末と実施例13と同様の共晶炭酸塩と炭
酸リチウムをアセトン中で2:5:3の重量比で湿式混
合する。つづいて、アセトンを除去し、この混合物を炭
酸ガス雰囲気で600℃で50時間熱処理した後、更に
800℃で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室
温まで冷却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保持
材)を得た。(Example 15) First, 100 m 2 / g of high-purity alumina powder, the same eutectic carbonate as in Example 13 and lithium carbonate were wet mixed in acetone at a weight ratio of 2: 5: 3. Subsequently, acetone was removed, and this mixture was heat-treated in a carbon dioxide gas atmosphere at 600 ° C. for 50 hours, and then at 800 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0087】(比較例7)まず、80m2 /gの高純度
アルミナ粉末と実施例13と同様の共晶炭酸塩と炭酸リ
チウムをアセトン中で2:5:3の重量比で湿式混合す
る。つづいて、アセトンを除去し、この混合物を炭酸ガ
ス雰囲気で600℃で50時間熱処理した後、更に70
0℃で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室温ま
で冷却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保持材)を
得た。Comparative Example 7 First, 80 m 2 / g of high-purity alumina powder, the same eutectic carbonate as in Example 13 and lithium carbonate were wet mixed in acetone at a weight ratio of 2: 5: 3. Subsequently, acetone was removed, and the mixture was heat-treated in a carbon dioxide atmosphere at 600 ° C. for 50 hours, and then further heated to 70
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0088】(比較例8)まず、100m2 /gの高純
度アルミナ粉末と実施例13と同様の共晶炭酸塩と炭酸
リチウムをアセトン中で2:5:3の重量比で湿式混合
した。つづいて、アセトンを除去し、この混合物を炭酸
ガス雰囲気で600℃で50時間熱処理した後、更に8
50℃で50時間熱処理した。熱処理後の混合物を室温
まで冷却した後、水で炭酸塩を除去して粉末(保持材)
を得た。Comparative Example 8 First, 100 m 2 / g of high-purity alumina powder, the same eutectic carbonate as in Example 13 and lithium carbonate were wet mixed in acetone at a weight ratio of 2: 5: 3. Subsequently, the acetone was removed, and the mixture was heat-treated at 600 ° C. for 50 hours in a carbon dioxide gas atmosphere, and then, further 8
Heat treatment was performed at 50 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture is cooled to room temperature, the carbonate is removed with water to form a powder (holding material)
Got
【0089】(比較例9、10)まず、100m2 /g
の高純度アルミナ粉末と実施例13と同様の共晶炭酸塩
と炭酸リチウムをアセトン中で2:5:3の重量比で湿
式混合した。つづいて、アセトンを除去し、この混合物
を炭酸ガス雰囲気で下記表3に示す温度で50時間熱処
理した。熱処理後の各混合物を室温まで冷却した後、水
で炭酸塩を除去して2種の粉末(保持材)を得た。(Comparative Examples 9 and 10) First, 100 m 2 / g
The high-purity alumina powder of Example 1, the same eutectic carbonate as in Example 13, and lithium carbonate were wet mixed in acetone at a weight ratio of 2: 5: 3. Subsequently, acetone was removed, and this mixture was heat-treated at a temperature shown in Table 3 below for 50 hours in a carbon dioxide atmosphere. After each heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain two kinds of powder (holding material).
【0090】実施例13〜15、および比較例7〜10
で得られた粉末のα−リチウムアルミネートの含有量、
α−LiAlO2 の(104)面の粉末X線回折ピーク
の半値幅、平均粒径をそれぞれ測定した。その結果を下
記表3に併記する。なお、α−LiAlO2 の(10
4)ピークの半値幅は、α相を主体とする粉末のみ対象
にして求めた。Examples 13 to 15 and Comparative Examples 7 to 10
The content of α-lithium aluminate of the powder obtained in
The full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak and the average particle size of the (104) plane of α-LiAlO 2 were measured. The results are also shown in Table 3 below. In addition, α-LiAlO 2 (10
4) The full width at half maximum of the peak was obtained by targeting only the powder mainly containing the α phase.
【0091】また、得られた実施例13〜15、比較例
7〜10の保持材を用いて実施例1と同様に電解質板を
作製し、これら電解質板を用いて前述した図2および図
3に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。これら燃
料電池について、実施例1と同様に700℃で150m
A/cm2 の負荷条件で2000時間の発電試験を行っ
た。このような発電試験における各燃料電池の作動電位
降下を測定した。その結果を下記表3に併記する。Further, an electrolyte plate was prepared in the same manner as in Example 1 using the obtained holding materials of Examples 13 to 15 and Comparative Examples 7 to 10, and these electrolyte plates were used for the above-mentioned FIG. 2 and FIG. The molten carbonate fuel cell shown in was assembled. For these fuel cells, 150 m at 700 ° C. as in Example 1.
A power generation test was performed for 2000 hours under a load condition of A / cm 2 . The operating potential drop of each fuel cell in such a power generation test was measured. The results are also shown in Table 3 below.
【0092】[0092]
【表3】 [Table 3]
【0093】前記表3から明らかなように比表面積10
0m2 /g以上のアルミナ原料粉末を、600℃と70
0〜800℃の二段階で熱処理した実施例13〜15に
おいては、加圧運転試験で良好な性能を示したα−Li
AlO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅
が0.60°以下のα−リチウムアルミネート粉末が得
られた。As is clear from Table 3 above, the specific surface area is 10
Alumina raw material powder of 0 m 2 / g or more is used at 600 ° C and 70
In Examples 13 to 15 which were heat-treated in two stages of 0 to 800 ° C, α-Li which showed good performance in the pressurizing operation test.
An α-lithium aluminate powder having a full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of AlO 2 of 0.60 ° or less was obtained.
【0094】これに対し、比表面積が100m2 /g未
満のアルミナ原料粉末を用いることにより得られる比較
例7の粉末は、半値幅が大きく結晶性が劣っていた。ま
た、800℃を越える温度で熱処理して得られた比較例
8の粉末は、α相含有率が低下する。さらに、一段階の
みの熱処理により得られた比較例9、10の粉末は半値
幅が大きくて結晶性が劣っていた。On the other hand, the powder of Comparative Example 7 obtained by using the alumina raw material powder having a specific surface area of less than 100 m 2 / g had a large full width at half maximum and was inferior in crystallinity. Further, the powder of Comparative Example 8 obtained by heat treatment at a temperature exceeding 800 ° C. has a reduced α phase content. Further, the powders of Comparative Examples 9 and 10 obtained by the heat treatment in only one step had a large half width and poor crystallinity.
【0095】また、表3から明らかなようにα−LiA
lO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅が
0.60°以下のα−リチウムアルミネートからなる保
持材(実施例13〜15)を用いた燃料電池は、200
0時間加圧運転後の作動電位降下が130mV以下と極
めて低く、良好な電池性能を維持できることがわかる。
これに対し、α−リチウムアルミネートの含有量が少
ないあるいはα−LiAlO2 の(104)面の粉末X
線回折ピークの半値幅が0.60°を越えた保持材(比
較例7〜10)を用いた燃料電池は、2000時間加圧
運転後の作動電位降下が253mV以上と極めて高いこ
とがわかる。As is clear from Table 3, α-LiA
The fuel cell using the holding material (Examples 13 to 15) made of α-lithium aluminate having a powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of 10 2 having a half width of 0.60 ° or less was 200.
It can be seen that the operating potential drop after the 0-hour pressurization operation is extremely low at 130 mV or less, and good battery performance can be maintained.
On the other hand, the content of the α-lithium aluminate is low, or the powder X on the (104) surface of α-LiAlO 2
It can be seen that the fuel cells using the holding material (Comparative Examples 7 to 10) having a half-width of the line diffraction peak of more than 0.60 ° have an extremely high operating potential drop of 253 mV or more after 2000 hours of pressurization operation.
【0096】(実施例16)まず、100m2 /gの高
純度水酸化アルミニウム粉末と共晶炭酸塩(Li2CO3
/K2 CO3 =62:38mol%)と炭酸リチウム
をアセトン中で2:5:3の重量比(モル比では2:
5:4)で湿式混合した。つづいて、アセトンを除去
し、この混合物を炭酸ガス雰囲気で600℃で50時間
熱処理した後、更に700℃で50時間熱処理した。熱
処理後の混合物を室温まで冷却した後、水で炭酸塩を除
去して粉末(保持材)を得た。Example 16 First, 100 m 2 / g of high-purity aluminum hydroxide powder and eutectic carbonate (Li 2 CO 3
/ K 2 CO 3 = 62: 38 mol%) and lithium carbonate in acetone at a weight ratio of 2: 5: 3 (molar ratio 2: 2).
Wet mixing was performed at 5: 4). Subsequently, acetone was removed, and this mixture was heat-treated at 600 ° C. for 50 hours in a carbon dioxide gas atmosphere, and then further heat-treated at 700 ° C. for 50 hours. After the heat-treated mixture was cooled to room temperature, the carbonate was removed with water to obtain a powder (holding material).
【0097】得られた粉末は、粉末X線回折から100
%のα−リチウムアルミネートからなることが確認され
た。この粉末の平均粒径を画像解析により求めたとこ
ろ、約0.3μmであった。また、前記粉末のα−Li
AlO2 の(104)面の粉末X線回折ピークの半値幅
を測定したところ、0.41°であった。The obtained powder is 100% by powder X-ray diffraction.
% Α-lithium aluminate was confirmed. When the average particle size of this powder was determined by image analysis, it was about 0.3 μm. In addition, α-Li of the powder
The full width at half maximum of the powder X-ray diffraction peak on the (104) plane of AlO 2 was measured and found to be 0.41 °.
【0098】得られた粉末(保持材)を用いて実施例1
と同様な手順で電解質板を作製した。この電解質板と、
それぞれニッケルベースアロイからなるアノード、カソ
ードと、それぞれステンレス鋼からなるセパレータ、エ
ッジシール板、孔開き板、波板とを用いて前述した図2
および図3に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
この燃料電池について、実施例1と同様な加圧、および
燃料ガス、酸化剤ガスの供給を行い、700℃で150
mA・cm2 の負荷条件で2000時間の発電試験を行
った。このような発電試験における燃料電池の作動電位
降下を測定した。その結果、作動電位降下は65mVで
あり、良好なな電池性能が維持された。Example 1 using the obtained powder (holding material)
An electrolyte plate was produced by the same procedure as in. With this electrolyte plate,
The anode and cathode made of nickel base alloy, the separator made of stainless steel, the edge seal plate, the perforated plate, and the corrugated plate, respectively, are used for the above-mentioned FIG.
And the molten carbonate fuel cell shown in FIG. 3 was assembled.
For this fuel cell, the same pressurization as in Example 1 and the supply of fuel gas and oxidant gas were performed, and the temperature was increased to 150 ° C. at 150 ° C.
A power generation test was performed for 2000 hours under a load condition of mA · cm 2 . The operating potential drop of the fuel cell in such a power generation test was measured. As a result, the operating potential drop was 65 mV, and good battery performance was maintained.
【0099】(実施例17〜24)前記実施例4で得ら
れた粉末(保持材)と、下記表4に示す材料および形状
の補強材とを、70:30の体積比でアルミナポットに
入れ、トルエン、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブ
チルと共に20時間湿式混合し、8種のスラリーをそれ
ぞれ調製した。つづいて、これらのスラリーをそれぞれ
キャリアシート上に展開し、厚さ0.5mmのマトリッ
クスグリーンシートとした。ひきつづき、前記各マトリ
ックスグリーンシートを大気中で脱脂して多孔質体をそ
れぞれ作製した。(Examples 17 to 24) The powder (holding material) obtained in Example 4 and the reinforcing material having the material and shape shown in Table 4 below were put in an alumina pot at a volume ratio of 70:30. , Toluene, polyvinyl butyral, and dibutyl phthalate were wet-mixed for 20 hours to prepare 8 types of slurries, respectively. Subsequently, each of these slurries was spread on a carrier sheet to form a matrix green sheet having a thickness of 0.5 mm. Subsequently, each of the matrix green sheets was degreased in the atmosphere to produce a porous body.
【0100】また、電解質としての混合アルカリ炭酸塩
(Li2 CO3 :62mol%、K2 CO3 :38mo
l%)を前記多孔質体と同様な方法によりシート状物を
作製した。このシート状物を、前記各多孔質体上にそれ
ぞれ重ね、550℃まで昇温して前記シート状物を溶融
状態とすることによりその混合アルカリ炭酸塩を前記各
多孔質体にそれぞれ含浸して厚さ0.5mmの8種の電
解質板を作製した。Further, mixed alkali carbonate (Li 2 CO 3 : 62 mol%, K 2 CO 3 : 38 mo as an electrolyte)
1%) was used to prepare a sheet-like material by the same method as that for the porous body. The sheet-like material is placed on each of the porous bodies and heated to 550 ° C. to bring the sheet-like material into a molten state, thereby impregnating each of the porous bodies with the mixed alkali carbonate. Eight types of electrolyte plates having a thickness of 0.5 mm were produced.
【0101】得られた各電解質板を用いて実施例1と同
様に図2および図3に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み
立てた。これら燃料電池について、実施例1と同様に7
00℃で150mA/cm2 の負荷条件で2000時間
の発電試験を行った。このような発電試験における各燃
料電池の作動電位降下を測定した。その結果を下記表4
に併記する。なお、下記表4中には実施例1〜実施例
4、比較例1〜比較例3の保持材と平均粒径15μmの
γ−LiAlO2 粉末からなる補強材とを用いて電解質
板を作製し、これら電解質板を用いて実施例1と同様に
組み立てた図2および図3に示す溶融炭酸塩型燃料電池
の作動電位降下を併記する。A molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 2 and 3 was assembled in the same manner as in Example 1 by using the obtained electrolyte plates. For these fuel cells, as in Example 1, 7
A power generation test was carried out for 2000 hours at 00 ° C. under a load condition of 150 mA / cm 2 . The operating potential drop of each fuel cell in such a power generation test was measured. The results are shown in Table 4 below.
Also described in. In addition, in Table 4 below, electrolyte plates were prepared using the holding materials of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 and the reinforcing material made of γ-LiAlO 2 powder having an average particle size of 15 μm. The operating potential drop of the molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 2 and 3 assembled in the same manner as in Example 1 using these electrolyte plates is also shown.
【0102】[0102]
【表4】 [Table 4]
【0103】前記表4から明らかなように実施例17〜
24の燃料電池は、保持材として実施例17〜24と同
様なものを用い、補強材としてγ−LiAlO2 粒子を
用いる実施例4の燃料電池に比べて作動電圧降下をさら
に低く抑えることができることがわかる。特に、補強材
としてα−リチウムアルミネートの粒子と長繊維の複合
材を用いる実施例24の燃料電池は作動電圧降下をより
一層低く抑えることができることがわかる。As is clear from Table 4, Examples 17 to
In the fuel cell of Example 24, the same operating materials as those of Examples 17 to 24 are used as the holding material, and the operating voltage drop can be further suppressed as compared with the fuel cell of Example 4 using the γ-LiAlO 2 particles as the reinforcing material. I understand. In particular, it can be seen that the fuel cell of Example 24 using the composite material of α-lithium aluminate particles and long fibers as the reinforcing material can further suppress the operating voltage drop.
【0104】[0104]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば電
解質板の微構造の変化を抑えて、電解質ロスに伴う電解
質板の抵抗増大を抑制でき、加圧条件下でも長時間運転
可能な溶融炭酸塩型燃料電池を提供することができる。
また、本発明によれば、前記燃料電池に最適な電解質用
保持材を低コストでかつ安定に製造できる。As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the change in the microstructure of the electrolyte plate, to suppress the increase in the resistance of the electrolyte plate due to the electrolyte loss, and to operate for a long time even under a pressurized condition. A molten carbonate fuel cell can be provided.
Further, according to the present invention, the electrolyte holding material most suitable for the fuel cell can be stably manufactured at low cost.
【図1】溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を示す概略
図。FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic structure of a molten carbonate fuel cell.
【図2】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池の一般的
に構成を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a general configuration of a molten carbonate fuel cell according to the present invention.
【図3】図2の燃料電池の要部拡大斜視図。3 is an enlarged perspective view of a main part of the fuel cell of FIG.
【図4】実施例1における処理前のα−リチウムアルミ
ネートの粉末X線回折図。FIG. 4 is a powder X-ray diffraction diagram of α-lithium aluminate before treatment in Example 1.
【図5】実施例1により得られた粉末から分離されたα
−リチウムアルミネートの粉末X線回折図。FIG. 5: α separated from the powder obtained according to Example 1.
-Powder X-ray diffractogram of lithium aluminate.
11…アノード、 12…カソード、 13…電解質板、 14…セパレータ、 19…マニホ―ルド、 21…燃料ガス、 24…酸化剤ガス。 11 ... Anode, 12 ... Cathode 13 ... Electrolyte plate, 14 ... Separator, 19 ... Manihold, 21 ... Fuel gas, 24 ... Oxidizer gas.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 和明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平8−55628(JP,A) 特開 平2−243511(JP,A) 特開 平6−267568(JP,A) 特開 平7−220749(JP,A) 特開 平8−250137(JP,A) 特開 平6−150948(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuaki Nakagawa 1 Komukai Toshiba Town, Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa, Toshiba Research and Development Center Co., Ltd. (56) Reference JP-A-8-55628 (JP, A) JP-A-2-243511 (JP, A) JP-A-6-267568 (JP, A) JP-A-7-220749 (JP, A) JP-A-8-250137 (JP, A) JP-A-6-150948 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 8/02
Claims (9)
び酸化剤極との間に挟持され、保持材および補強材を含
む多孔質体にアルカリ炭酸塩を含む電解質を含浸させた
電解質板とを具備し、 前記保持材は、比表面積20m 2 /g以上のα−リチウ
ムアルミネートを主体とするリチウムアルミネートを溶
融炭酸塩中で粒成長させ、炭酸塩を除去することにより
得られたα−リチウムアルミネートを90重量%以上含
有し、かつ粉末X線回折におけるα−LiAlO 2 の
(104)ピークの半値幅が0.60°以下のリチウム
アルミネートからなり、かつ前記補強材は、リチウムア
ルミネート、アルミナおよび安定化ジルコニアから選ば
れる少なくとも1種からなることを特徴とする溶融炭酸
塩型燃料電池。1. An electrolyte in which a porous body, which is sandwiched between a fuel electrode, an oxidizer electrode, and the fuel electrode and the oxidizer electrode, and which contains a holding material and a reinforcing material, is impregnated with an electrolyte containing an alkali carbonate. A plate, wherein the holding material is α-lithium having a specific surface area of 20 m 2 / g or more.
Dissolves lithium aluminate, which is mainly aluminum
By growing grains in molten carbonate and removing the carbonate
90% by weight or more of the obtained α-lithium aluminate is contained.
A, and the alpha-LiAlO 2 in the powder X-ray diffraction
(104) Lithium with a half-value width of 0.60 ° or less
A molten carbonate fuel cell , comprising an aluminate and the reinforcing material comprising at least one selected from lithium aluminate, alumina and stabilized zirconia.
平均粒径を有する粉末であることを特徴とする請求項1
記載の溶融炭酸塩型燃料電池。2. The holding material is a powder having an average particle diameter of 0.05 to 2.0 μm.
The molten carbonate fuel cell described.
−LiAlO2の(104)ピークの半値幅が0.45
°以下であることを特徴とする請求項1記載の溶融炭酸
塩型燃料電池。3. The holding material is α in powder X-ray diffraction.
Of -LiAlO 2 (104) full width at half maximum of the peak is 0.45
The molten carbonate fuel cell according to claim 1, wherein the molten carbonate fuel cell has a temperature of not more than °.
トからなることを特徴とする請求項1記載の溶融炭酸塩
型燃料電池。4. The molten carbonate fuel cell according to claim 1, wherein the holding material is made of α-lithium aluminate.
び酸化剤極との間に挟持され、保持材および補強材を含
む多孔質体にアルカリ炭酸塩を含む電解質を含浸させた
電解質板とを具備し、 前記保持材は、比表面積20m 2 /g以上のα−リチウ
ムアルミネートを主体とするリチウムアルミネートを溶
融炭酸塩中で粒成長させ、炭酸塩を除去することにより
得られたα−リチウムアルミネートを90重量%以上含
有し、かつ粉末X線回折におけるα−LiAlO 2 の
(104)ピークの半値幅が0.60°以下のリチウム
アルミネートからなり、かつ前記補強材は、リチウムア
ルミネート、アルミナ、安定化ジルコニアおよびリチウ
ムジルコネートから選ばれる少なくとも1種の繊維から
なることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。5. An electrolyte in which a porous body, which is sandwiched between a fuel electrode, an oxidizer electrode, and the fuel electrode and the oxidizer electrode, and which contains a holding material and a reinforcing material, is impregnated with an electrolyte containing an alkali carbonate. A plate, wherein the holding material is α-lithium having a specific surface area of 20 m 2 / g or more.
Dissolves lithium aluminate, which is mainly aluminum
By growing grains in molten carbonate and removing the carbonate
90% by weight or more of the obtained α-lithium aluminate is contained.
A, and the alpha-LiAlO 2 in the powder X-ray diffraction
(104) Lithium with a half-value width of 0.60 ° or less
A molten carbonate fuel cell , comprising an aluminate and the reinforcing material comprising at least one fiber selected from lithium aluminate, alumina, stabilized zirconia, and lithium zirconate.
径、50μm以下の平均長さを有する短繊維であること
を特徴とする請求項5記載の溶融炭酸塩型燃料電池。6. The molten carbonate fuel cell according to claim 5, wherein the reinforcing material is a short fiber having an average diameter of 0.5 to 5 μm and an average length of 50 μm or less.
トおよびγ−リチウムアルミネートから選ばれる少なく
とも1種からなることを特徴とする請求項6記載の溶融
炭酸塩型燃料電池。7. The molten carbonate fuel cell according to claim 6 , wherein the reinforcing material is made of at least one selected from β-lithium aluminate and γ-lithium aluminate.
0.1〜3mmの平均長さを有する長繊維であることを
特徴とする請求項5記載の溶融炭酸塩型燃料電池。8. The reinforcing material has an average diameter of 1 to 15 μm,
The molten carbonate fuel cell according to claim 5, which is a long fiber having an average length of 0.1 to 3 mm.
ミネートおよびジルコニアから選ばれる少なくとも1種
からなることを特徴とする請求項8記載の溶融炭酸塩型
燃料電池。9. The molten carbonate fuel cell according to claim 8 , wherein the reinforcing material is made of at least one selected from alumina, lithium aluminate and zirconia.
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